Mesure des déformations de pièces par Corrélation d'Images Numériques pour un usinage intelligent

Measurement of part deformations by Digital Image Correlation for smart machining

• Auteur / Autrice : Théo Jovani
• Direction : Hélène Chanal, Benoît Blaysat, Michel Grédiac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance le 30/06/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Guenaël Germain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Blaysat, Gérard Poulachon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Noël Périé, Yann Quinsat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes résiduelles

Usinage

Corrélation d'images numériques

Mots clés libres

Corrélation d'Images Numériques

Usinage

Contraintes résiduelles

Déformations

Al7075-T6

Digital Image Correlation

Machining

Residual stress

Deformation

Al7075-T6

Résumé

L'industrie aéronautique vise sans cesse à optimiser la masse de ses aéronefs tout en garantissant la rigidité structurelle de ceux-ci. À cette fin, les pièces brutes permettant de réaliser ces pièces de structure sont produites via un ensemble de procédés de mise en forme et de traitements thermiques qui assurent de hautes exigences fonctionnelles mais qui induisent des contraintes résiduelles. Ces contraintes constituent un problème majeur pour les industriels. En effet, l'usinage de ces pièces provoque un changement d'équilibre des contraintes résiduelles, générant de ce fait des déformations pendant l'usinage et après débridage. Ces déformations, difficilement maîtrisables, impactent considérablement la qualité géométrique des pièces obtenues et entraînent la mise en place d'opérations de reprises chronophages et coûteuses, voire de mise au rebut. Il est donc primordial de pouvoir caractériser et mesurer l'impact de ces contraintes résiduelles sur la déformation des pièces pendant et après leur usinage en vue de maîtriser leur qualité géométrique.Les présents travaux s'intéressent à la mesure des déformations in-situ et à l'identification des distributions initiales de contraintes résiduelles de pièces pendant leur usinage. Des outils basés sur une mesure par Corrélation d'Images Numériques (CIN) et sur une mesure par Stéréo- Corrélation d'Images Numériques (S-CIN) sont développés. Les cas d'application sont des pièces en alliage d'aluminium Al7075-T6 se déformant soit dans le plan, soit de manière gauche. Les mesures effectuées pendant leur usinage sont utilisées soit pour reconstruire la carte de contraintes résiduelles, soit pour alimenter des modèles numériques visant à simuler en temps réel le comportement de la pièce. L'objectif est de pouvoir faire évoluer le montage d'usinage en temps réel pour compenser la déformation de la pièce. Ces travaux constituent une des briques d'un futur développement d'une cellule d'usinage intelligent.

The aeronautical industry is constantly aiming to optimise the weight of its aircraft while ensuring their structural rigidity. To this end, the raw parts used to make these structural parts are produced using a series of shaping and heat treatment processes which ensure high functional requirements but which induce residual stresses. These stresses are a major issue for manufacturers. Indeed, the machining of these parts causes a change in the equilibrium of the residual stresses, thus generating deformations during machining and after unmounting. These deformations, which are difficult to control, have a significant impact on the geometric quality of the parts obtained and lead to the implementation of time-consuming and costly reworking operations, or even scrapping. It is therefore essential to be able to characterise and measure the impact of these residual stresses on the deformation of parts during and after their machining in order to control their geometric quality.The present work focuses on the in-situ measurement of deformations and the identification of the initial residual stress distributions of parts during their machining. Tools based on Digital Image Correlation (DIC) and on Stereo Digital Image Correlation (S-DIC) measurements are developed. The application cases are Al7075-T6 aluminum alloy parts encountering either in-plane or three-dimensional deformations. The measurements made during their machining are used either to reconstruct the residual stress map or to supply numerical models to simulate the behaviour of the part in real time. The objective is to be able to modify the machining set-up in real time to compensate for the part deformations. This work is one of the building blocks for a future development of an intelligent machining cell.